Technologia węglowodanów

wykład 1

08-12-03

Polska światowy i europejski potentat w produkcji ziemniaków. Polska zajmuje 3 miejsce po Rosji i Chinach w globalnej produkcji ziemniaków na świecie (około 10%). Pierwsze miejsce na świecie w produkcji ziemniaków 0,7ton na 1 mieszkańca.

Polska

- plon 19ton/ha

- skrobiowość ziemniaków 17-18%

- uzysk skrobi ok 3,5ton/ha

Holandia

- plon 60ton/ha

- skrobiowość ziemniaków 20%

- uzysk skrobi 12ton/ha

USA:

- plon 15mln ton/rok (kukurydza jako główne źródło)

- roczne spożycie 50-65kg/1 mieszkańca

- 60% ogółu ziemniaków (wyroby przetworzone)

Czynniki wpływające na skład chemiczny bulw ziemniaka:

- odmiana (czynniki genetyczne)

- gleba

- nawożenie

- zabiegi agrotechniczne

- warunki klimatyczne

- stopień dojrzałości bulw

Przeciętny skład chemiczny ziemniaków konsumpcyjnych:

- woda - około 75 % masy bulw

- sucha substancja - około 25 % masy bulwy, w tym:

• skrobia 10-18 %

• cukry ogółem 0,3-0,6 % (średnio ok. 0,5 %; max 1 % do frytek lub chipsów)

Przeciętny skład chemiczny ziemniaków w przeliczeniu na 100g świeżej tkanki:

	Jednostka	Zawartość
woda	%	76,3
sucha substancja			23,7
skrobia			17,5
cukry redukujące			0,30
cukry ogółem			0,50
włókno surowe			0,70
białko surowe			2,00
lipidy			0,12
składniki mineralne			1,10
kwasy organiczne			0,60
witaminy			0,02
barwniki		mg/100g	0,15
glikoalkaloidy			6,00
azotany			14,5

Przeciętna zawartość składników chemicznych w bulwach ziemniaczanych:

składnik	zawartość [%]
woda	75
skrobia	16-19
białko surowe	2
substancje mineralne	1
błonnik surowy	1
cukrowce rozpuszczalne	0,5
inne składniki	3

W zależności od zawartości skrobi ziemniaki dzieli się na:

• wysokoskrobiowe > 18 %

• średnioskrobiowe 15-18 %

• niskoskrobiowe <15 %

Substancje azotowe ziemniaków

W ziemniakach średnio występuje 2 % substancji azotowych jako białko surowe (8-10 % s.s.) w tym 30-70 % stanowi białko właściwe, pozostała część to peptydy, aminokwasy, aminy, związki amonowe.

Białko w ziemniakach posiada wysoką wartość biologiczną, zawiera wszystkie egzogenne aminokwasy niezbędne człowiekowi. Jest równocenne z białkiem mięsa.

Składniki białka ziemniaków:

• łatwo rozpuszczalna globulina - tuberyna

• trudno rozpuszczalna globulina

• tuberynina - należąca do albumin

• nukleoproteidy i wolne kwasy nukleinowe

Aminokwasy występujące w stanie wolnym w ziemniakach wykazują duże zróżnicowanie jakościowe i ilościowe.

Tłuszcze

Ziemniaki zawierają 0,1% tłuszczu w świeżej masie, tj. 0,4% w suchej substancji bulw. Zewnętrzne partie bulwy zawierają 3 razy większą ilość tłuszczu niż wnętrze bulwy.

Tłuszcze ziemniaków posiadają wysoką wartość biologiczną ze względu na skład kwasów tłuszczowych. Obok kwasów palmitynowego i oleinowego występują kwasy linolenowy i linolowy.

W ziemniakach występują również:

• lecytyna odgrywająca ważną rolę w metabolizmie tłuszczów

• wolna cholina i glicerofosforan choliny.

Witaminy

Zawartość witaminy C w ziemniakach zależy głównie od:

• odmiany

• czynników klimatycznych

• gleba i nawożenie odgrywają rolę drugorzędną.

Zawartość witaminy C obniża się w czasie przechowywania ziemniaków. Po 6 miesiącach przechowywania pozostaje tylko 1/3 zawartości wyjściowej.

Spożycie 200-300g ziemniaków dziennie pokrywa 50 % zapotrzebowania człowieka na witaminę C. W ziemniakach występują niewielkie ilości witaminy A, PP oraz kompleks witamin z grupy B.

Zawartość witamin w bulwach ziemniaka:

witamina	zawartość w 100g świeżej masy bulw [mg]
Prowitamina A	0,011 - 0,056
Witamina B1	0,024 - 0,180
Witamina B2	0,0075 - 0,2
Witamina B6	ok. 0,225
Witamina PP	0,36 - 2,0
Kwas pantotenowy	0,190 - 0,32
Witamina C	1 - 54
Witamina H	0,0006
Witamina K1	0,15 - 0,020

Kwasy organiczne w ziemniakach

W ziemniakach występują: kwas cytrynowy (0,08-0,55%), jabłkowy, szczawiowy, zawartość pozostałych kwasów jest niewielka.

Kwasy te tworzą głównie z nieorganicznymi fosforanami układ buforujący utrzymujący w bulwie pH 5,6 - 6,2.

Barwniki w ziemniakach

Karotenoidy (beta-karoten - prowitamina A) 24-26mikrog w 100g odpowiadają one za żółte zabarwienie miąższu ziemniaków.

Antocyjaniny - nadają bulwom charakterystyczne zabarwienie skórki.

Flawonoidy - wywołują żółte zabarwienie miąższu

Chlorofil - odpowiada za zazielenienie bulw poddanych działaniu promieni świetlnych w zewnętrznych warstwach (pod skórką)

Enzymy w ziemniakach

W ziemniakach jest około 100 enzymów, do najważniejszych zaliczamy:

Fosforylazy - katalizujące rozkład i syntezę skrobi

Inwertaza - enzym rozkładający sacharozę. Enzym nieaktywny w bulwach w stanie spoczynku. Jego aktywność ujawnia się w ziemniakach przechowywanych w niskich temperaturach oraz bulwach kiełkujących i kiełkach.

Transferazy glikozydowe - biorą udział w przemianach sacharoza-cukry proste

Hydrolazy glikozydowe (celuloza, grupa enzymów pektynolitycznych, należy tu również glikozydaza rozkładająca wiązania glikozydowa w glikoalkaloidach.

Oksydoreduktazy - oksydaza polifenolowa (tyrozynaza) odpowiedzialna jest za enzymatyczne ciemnienie miąższu ziemniaka

Fosfatazy - rozkład związków fosforanowych

Proteazy - rozkład białek

Lipazy, fosfolipazy - rozkład tłuszczów i fosfolipidów

Alkaloidy w ziemniakach

Solanina należy do glikoalkaloidów stanowiących silne trucizny układu nerwowego. Zawartość 2-20mg w 100g świeżej masy. Największa jej ilość koncentruje się w zewnętrznych częściach bulwy i w pobliżu oczek. Zwiększoną zawartość solaniny posiadają bulwy niedojrzałe zazielenione oraz przechowywane przez dłuższy czas (w okresie wiosennym).

Podczas kiełkowania solanina gromadzi się w kiełku!

Wartość odżywcza ziemniaków:

• tanie źródło energii dzięki stosunkowo dużej zawartości skrobi,

• wśród produktów roślinnych pod względem wartości odżywczej znajdują się pomiędzy produktami zbożowymi i warzywami,

• przyczynia się do utrzymania równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie dzięki dużej zawartości potasu,

• zawierają białko w niewielkich ilościach, ale o dużej wartości biologicznej.

Spożycie 200g ziemniaków dziennie pokrywa zapotrzebowanie na

• energię 6,8 %

• białko roślinne 12,6 %

• węglowodany około 9,4 %

• witaminy C - 51 %, B6 - 23 %, B1 - 16 %

Ciemnienie ziemniaków

Ciemnienie enzymatyczne występuje w ziemniakach surowych. Jest procesem oksydoredukcyjnym przebiegającym przy udziale tlenu, dlatego obserwuje się je przy przekrojeniu ziemniaków lub rozdrobnieniu. Katalizatorem reakcji jest enzym tyrozynaza (oksydaza fenolowa). Enzym ten można inaktywować w wyższej temperaturze. W przemyśle przeprowadza się blanszowanie.

Obecność jonów Cl (np. NaCl) lub wolnego SO2 (siarczynowanie) również osłabia działanie tego enzymu.

Intensywność ciemnienia enzymatycznego ziemniaków jest właściwością odmiany. Rolę odgrywa również korzystny wpływ dużych dawek potasu.

Ciemnienie nieenzymatyczne występuje w ziemniakach gotowanych.

O-difenole (np. kwas chloragenowy, kawowy lub flawony) ulegają utlenieniu tlenem powietrza w obecności jonów żelaza Fe2+.

• reakcje Maillarda - niska zawartość cukrów redukujących w ziemniakach powoduje niski stopień ciemnienie. SO2 wpływa hamująco na proces ciemnienia.

Działanie wodą w podwyższonej temperaturze (blanszowanie) - częściowe zmiany w błonie cytoplazmatycznej = wypłukiwanie cukrów (nie)redukujących.

Przechowywanie ziemniaków

Procesy życiowe zachodzące w ziemniakach

• oddychanie bulw

• transpiracja

• spoczynek i kiełkowanie

Proces oddychania

C6H12O6 +6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (ATP)

Transpiracja

Jest to proces parowania wody w bulwach ziemniaków. Występuje tylko wtedy, gdy do przechowywania złożone zostaną bulwy mokre. Przy zachowaniu wilgotności powietrza podczas przechowywania ziemniaków na poziomie 90-95 %, bulwy nie wysychają ani nie ulegają zawilgoceniu.

Czynniki wpływające na zdolność ziemniaków do kiełkowania

• temperatura - im wyższa tym zdolność do kiełkowania wzrasta

• wilgotność powietrza - wysoka wilgotność skraca okres spoczynku

• obecność tlenu - niskie stężenie tlenu przyspiesza kiełkowanie

• światło - hamuje kiełkowanie, ale powoduje zielenienie bulw

Okresy przechowywania ziemniaków

• I etap - dojrzewanie, zabliźnianie ran, korkowacenie skórki

• II etap - schładzanie

• III etap - długotrwałe przechowywanie

• IV etap - przygotowanie ziemniaków przed ich użyciem

I etap - dojrzewanie, zabliźnianie ran, korkowacenie skórki

Pierwsza faza - osuszanie, która powinna trwać do 24-72h przy intensywnym wietrzeniu (np 50m3 powietrza na tonę na 1 h) w celu jak najszybszego usunięcia wolnej wilgoci z powierzchni bulw.

Druga faza - dojrzewanie bulw i zabliźnianie ran powstałych na skórce podczas kopania i transportu. Bulwy wydzielają 465-1335g wody/tonę/dobę, 6-18mg CO2/kg/h i ciepła około 1670kJ/tonę/dobę.

Optymalna temperatura przechowywania w tym czasie to 15°C (12-18°C), przy wilgotności względnej powietrza 95%. W tej temperaturze proces gojenia ran i korkowacenia skórki trwa około 10 dni

II etap - schładzanie

Ziemniaki należy powoli schładzać do temperatury właściwej dla danego kierunku użytkowania (od 0,3 - 1°C na dobę przez około 2-3 tygodnie) do:

• ziemniaki jadalne: 4-6°C

• ziemniaki przeznaczone na frytki, płatki ziemniaczane, granulat i susz: 6-8°C (niektóre odmiany 4°C)

• ziemniaki przeznaczone na chipsy: 6°C

• sadzeniaki: 2-6°C

• ziemniaki przemysłowe (gorzelnictwo i krochmalnictwo) oraz przeznaczone na paszę: 2-4°C.

Wilgotność względna powietrza niezależnie od kierunku użytkowania powinna wynosić 95%. W okresie schładzania obniża się intensywność procesów życiowych - zmniejsza się ilość wydzielanej wody do 250-560g/t/dobę, 2-4mg CO2/kg/h i ciepła wokoło 500kJ/t/dobę.

III etap - długotrwałe przechowywanie

Proces ten może trwać od 7 do 9 miesięcy.

IV etap - przygotowanie ziemniaków przed ich użytkowaniem

Jest to proces, w którym ziemniaki muszą być poddane rekondycjonowaniu i wymagają podwyższonej temperatury do około 10-15°C w celu pobudzenia procesów życiowych prowadzących do zmniejszenia nadmiaru nagromadzonych cukrów prostych i innych metabolitów do poziomu wymaganego dla odpowiedniego przerobu.

Proces ten trwa około 2 tygodni dla ziemniaków jadalnych przeznaczonych do przerobu na produkty spożywcze i 3-5 tygodni dla sadzeniaków.

wykład 2

10.12.2008

Wymaganie stawiane ziemniakom odmian pastewnych:

• duża zawartość skrobi

• duża zawartość białka

• wymagania te spełniają odmiany późne lub bardzo późne

Wymagania stawiane ziemniakom do przetwórstwa przemysłowego:

• najwyższa zawartość skrobi

• regularny (owalny) kształt bulw

• mała ilość płytko osadzonych oczek

• ograniczona zdolność do ciemnienia miąższu

Warunki uzyskania dobrych produktów spożywczych ziemniaków:

• dobór odpowiedniej odmiany ziemniaków

• przeprowadzenie zbioru w temperaturze nie mniejszej niż 10°C

• nie dopuszczenie do przechłodzenia bulw w czasie zbioru, transportu oraz przechowywania

Glukoza Syropy skrobiowe Skrobie modyfikowane Modyfikaty skrobiowe

(spożywcze) (innego zastosowania)

syropy

fruktozowe

hydroliza skrobi modyfikacja skrobi

Skrobia ziemniaczana

wycierka

białko

Ziemniaki

alkohol etylowy spożywcze wyroby ziemniaczane

Snaki susze ziemniaczane produkty

Granulat Płatki Grysik Krajanka

Mrożone smażone

konserwowane

Struktura zagospodarowania ziemniaków

	Udział zbiorów [%]
		Polska	Świat
Jadalne do bezpośredniej konsumpcji	20-25	43
Pasza	50	20
Przemysł skrobiowy i gorzelniczy	3-10	3
Przetwórstwo spożywcze	2	6

Systematyka uszlachetnionych produktów ziemniaczanych według technologii:

1. Susze ziemniaczane - produkty otrzymane przez częściowe odwodnienie ziemniaków surowych i obgotowanych

1. produkty z ziemniaków gotowanych

• granulat ziemniaczany

• aglomerat ziemniaczany

• płatki ziemniaczane

1. produkty z ziemniaków surowych

krajanka ziemniaczana (kostka, plastry)

Wyroby smażone - produkty otrzymane przez smażenie krajanki z ziemniaków surowych:

• frytki, chipsy, prażynki

3. Wyroby konserwowane - produkty otrzymane przez zakonserwowanie surowców (ziemniaki całe puszkowane, sałatki ziemniaczane)

4. Wyroby mrożone - produkty otrzymane z mieszanek suszu ziemniaczanego, mąki pszennej lub ziemniaczanej, dodatków smakowych i wody, które po sporządzeniu półproduktu zostają zamrożone

• frytki mrożone

• pyzy, placki i kluski ziemniaczane

5. Przekąski - wyroby otrzymane według specyficznych technologii, receptury w skład, których mogą wchodzić obok podstawowych surowców (ziemniaki, woda) różne dodatki (sery, zioła, przyprawy).

Mrożone wyroby ziemniaczane

1. pyzy, placki - baza: grysik ziemniaczany, mielona kostka z surowych ziemniaków

2. kluski śląskie, kopytka, krokiety - baza: granulat ziemniaczany, płatki ziemniaczane (susz z gotowanych ziemniaków)

Obieranie ziemniaków (w zależności od skali produkcji)

• mechaniczne

• chemiczne

• parowe

• płomieniowe

Obieranie mechaniczne ziemniaków

Ścieranie naskórka bulwy podczas zetknięcia się jej z powierzchnią ścierną. Bulwy wprowadzone są w ruch wirowy w naczyniu o ściankach wyłożonych materiałem ściernym.

Metoda stosowana jedynie w małej skali gastronomii.

Obieranie chemiczne ziemniaków

Metoda ługowa polegająca na rozluźnieniu i rozmiękczeniu zewnętrznej warstwy bulwy, a w tym i naskórka gorącym roztworem NaOH. Zmiękczony ługiem naskórek, w drugim etapie obierania, łatwo ulega starciu podczas łagodnej obróbki mechanicznej i jest usuwany przez spłukanie wodą. Stosuje się okresowe zanurzenie bulw ziemniaczanych w wodnym roztworze NaOH o stężeniu 15-25 %.

Metody ługowego obierania ziemniaków

- traktowanie bulw roztworem NaOH w temp nieprzekraczającej 60°C, w czasie 15-20 min

- działanie roztworem NaOH o temp 90-110°C, w czasie 2-5 min

Urządzenie do obierania ziemniaków metodą ługową to obłupiarka bębnowo - prętowa.

Obieranie parowe ziemniaków

Metoda polega na zastosowaniu pary wodnej o wysokiej temperaturze do krótkotrwałego powierzchniowego ugotowania ziemniaków.

Zmiękczona i rozluźniona zewnętrzna warstwa tkanki bulw usuwana jest mechanicznie i przy użyciu wody (pod wysokim ciśnieniem).

Stosowana najczęściej.

Obieranie płomieniowe ziemniaków

Polega na zwęgleniu powierzchni bulw, w tym głównie naskórka przez krótkotrwałe działanie płomieni o temperaturze do 1100°C w czasie 15-20 sekund. Metoda ta ze względu na energooszczędność stosowana jest przy otrzymywaniu ziemniaków pieczonych jako potrawy.

Podstawowe etapy produkcji frytek:

1. dostarczenie ziemniaków

2. sortowanie

3. usuwanie kamieni

4. mycie

5. obieranie

6. doczyszczanie

7. stół kontrolny

8. krajalnica

9. sortowanie

10. kontrola optyczna

11. blanszowanie - zapobieganie ciemnieniu

12. podsuszenie - usuwanie resztek wody

13. I stopień smażenia

14. wychładzanie

15. mrożenie

16. przechowywanie

17. II stopień smażenia

Urządzenia do krojenia frytek:

- krajalnica odśrodkowa

- krajalnica prążkowa

Blanszowanie

Jest procesem polegającym na krótkotrwałemu ogrzewaniu materiałów za pomocą gorącej wody lub pary wodnej o T<100°C. Najczęściej blanszowanie prowadzi się w T=80-90°C w czasie 5 - 20 minut (w zależności od wielkości materiału poddawanego blanszowaniu).

Cel blanszowania:

• powierzchniowa inaktywacja enzymów (utlenianie i enzymatyczne ciemnienie enzymów)

• częściowe odkażenie materiału

• wywoływanie w ziemniakach specjalnych zmian fizykochemicznych i organoleptycznych.

Blanszowanie ma na celu inaktywację oksydaz - grup enzymów wywołujących reakcję utleniania, a w konsekwencji ciemnienie ziemniaków.

Blanszowanie ma również zmniejszyć ciemnienie nieenzymatyczne szczególnie przy zanurzeniu krajanki w gorącej wodzie. Gorąca woda powoduje zmiany w przepuszczalności błony cytoplazmatycznej w zewnętrznej warstwie tkanki, umożliwia szybszą dyfuzję rozpuszczalnych składników soku komórkowego, w tym cukrów redukujących - zmniejsza to zaawansowanie reakcji Maillarda.

Ciemnienie nieenzymatyczne można hamować przez siarkowanie, czyli nasycenie krajanki ziemniaczanej roztworem SO2.

Kwas siarkowy powoduje:

• blokowanie grup czynnych substratów reakcji Maillarda

• zabezpiecza przed utlenianiem enzymatycznym oraz tlenem z powietrza, przez co przeciwdziała wytworzeniu substancji barwnych.

Do tego celu stosuje się zwykle wodny roztwór SO2 o stężeniu 0,1-1 % lub sole tego bezwodnika, np.: pirosiarczyn sodowy (Na2S2O5) lub wodorosiarczyn sodowy (NaHSO3), rzadziej stosuje się gazowy SO2.

Blanszownik ślimakowy o działaniu ciągłym

1. Czas blanszowania uzależniony jest od surowca, wielkości słupków itp.

2. Temperatura wody musi być dostosowana do czasu blanszowania 60-85°C

3. Dodatki do blanszowania: substancje chemiczne przeciwdziałające ciemnieniu (pirosiarczyn sodu), substancje poprawiające strukturę (sole magnezu, wapnia).

Cel podsuszania frytek:

• podczas i po smażeniu łatwo jest uzyskać produkt o właściwej barwie

• stabilność produktu jest optymalna

• mały udział frytek wiotkich i miękkich po smażeniu

• usmażony gotowy produkt zachowuje dłużej chrupkość

• w czasie smażenia podsuszone słupki chłoną mniej tłuszczu.

Czynniki wpływające na chłonność oleju:

• zawartość suchej masy w ziemniakach

• rodzaj tłuszczu użytego do smażenia

• czynniki technologiczne:

• grubość słupków

• rodzaj blanszowania

• temperatura i czas smażenia

• podsuszanie frytek.

Schemat technologiczny produkcji chipsów:

1. Ziemniak

2. płuczka → zanieczyszczenia

3. obieraczka → obierzyny

4. stół kontrolny → odpady surowe

5. krajanka

6. płukanie

7. blanszowanie

8. smażenie

9. stół kontrolny - selekcja optyczna → odpady smażone

10. dodatki smakowe ← solenie

11. stół kontrolny

12. ważenie

13. pakowanie

14. wysyłka

Zawartość oleju w chipsach

Ważnym czynnikiem chipsów ziemniaczanych jest olej. Zawartość oleju ma nie tylko aspekt ekonomiczny. Chipsy o zbyt wysokiej zawartości oleju są niesmaczne. Zbyt mała ilość oleju w chipsach jest niepożądana - produkt nie ma odpowiedniego aromatu, a smak jest surowy.

• Istnieje zależność pomiędzy ciężarem właściwym bulw, a ilością wchłanianego oleju. Im wyższy ciężar właściwy tym mniej oleju wchłaniają plasterki ziemniaków.

• Wchłanianie oleju przez plasterki ziemniaka zależy od ich grubości - im cieńsze plasterki tym więcej wchłaniania oleju.

• Na pobieranie oleju ma wpływ wysokość temperatury i czas smażenia. Produkt smażony w wyższych temperatury zawiera mniej oleju.

• Zalecane jest stosowanie możliwie wysokiej temperatury przy równoczesnym jak najkrótszym czasie pozostawiania surowca w oleju. Czas smażenia wynosi zwykle kilka minut.

Porównanie przeciętnego podstawowego składu frytek, chipsów

Składniki	Frytki	Chipsy	Chipsy niskotłuszczowe
Wilgotność	50 %	<2 %	<2 %
Węglowodany	34 %	50 %	65 %
Białko	2,5 %	5,5 %	6,9 %
Tłuszcz	3-8 %	33-39 %	25 %
Wartość energetyczna	200 kcal / 100g	550 kcal / 100g	510 kcal / 100g

Produkcja skrobi z surowców rolnych:

• rozerwanie komórek surowca w celu uwolnienia ziarenek skrobi

• wypłukanie z otrzymanej miazgi uwolnionych ziarenek skrobi

• usunięcie nieskrobiowych składników z produktów pośrednich - mleczka skrobiowego

Inne źródła skrobi - kukurydza i pszenica.

Współczesna technologia otrzymywania skrobi z ziemniaków:

• Ziemniaki ze składowiska za pomocą hydrotransportu są przenoszone, poprzez urządzenia odkamieniające i oddzielające inne zanieczyszczenia za pomocą łapaczy różnego typu

• Woda transportująco-myjąca zanieczyszczona piaskiem i substancjami organicznymi przekazywana jest do czyszczenia

• W celu optymalizacji procesu hydrotransportu oraz mycia surowca w płuczkach poziomych w nowoczesnych krochmalniach stosuje się zasadę przeciwprądu, co pozwala na zminimalizowanie zużycia wody przy dokładniejszym myciu.

wykład 3

17.12.2008

Zboża to rośliny o podobnych cechach biologicznych. Uprawia się je w celu uzyskania wysokiego plonu ziarna bogatego w skrobię i białko.

Zboża chlebowe

Zalicza się gatunki, których otrzymuje się mąkę lub produkty zbliżone do mąki. Należą do nich: pszenica, żyto, pszenżyto, jęczmień, owies, kukurydza, ryż oraz gryka.

Podział zbóż pod względem użytkowym

• przemysłowe, stosowne w produkcji chleba, mąki, kaszy, skrobi, piwa, itp.

• paszowe, przeznaczone na paszę (niektóre odmiany kukurydzy, jęczmienia, owsa). Często na paszę przeznacza się gorszej jakości ziarno zbóż przemysłowych

• nasienne, produkowane z przeznaczeniem na materiał siewny.

Budowa anatomiczna ziarna pszenicy:

• łuska

• warstwa aleuronowa

• bielmo

• zarodek

• kiełek

• miedniczka

• osłonka

• bródka

Budowa anatomiczna ziarna zbóż

Okrywa owocowo-nasienna (łuska) - zbudowana jest z wielu zdrewniałych komórek. Chroni bielmo i zarodek przed działaniem czynników zewnętrznych (uszkodzeniami mech, wysychaniem zarodka, przedostawaniem się do wnętrza ziarna substancji szkodliwych). Charakteryzuje się ograniczoną przepuszczalnością dla wielu substancji. Przepuszcza z łatwością powietrze i wodę. Okrywa owocowo-nasienna ważniejszych zbóż chlebowych (pszenicy, żyta) stanowi około 8% masy ziarna.

Bielmo - stanowi około 20% ziarna pszenicy, żyta, jęczmienia, w ziarnie owsa około 54%. Bielmo mączne zbudowane jest z dużych cienkościennych komórek, zawierających głównie skrobię oraz białko (głównie glutenowe). Warstwa aleuronowa stanowi około 7% masy ziarna. U większości zbóż stanowi jedną warstwę dużych grubościennych kom, wypełnionych ziarnami aleuronowymi, skład z białka (nieglutenowego), tłuszczu substancji mineralnych, witamin oraz enzymów. Warstwa aleuronowa ściśle przylega do okrywy owocowo-nasiennej i w czasie przemiały przechodzi z nią do otrąb.

Zarodek - jest to część ziarna, z której wyrasta kiełek i tworzy się nowa roślina. Stanowi on 2,7-3,7% masy ziarna. Zarodek jest bogaty w substancje odżywcze: cukry, tłuszcz, białko, witaminy, enzymy, które są niezbędne do rozłożenia składników zapasowych bielma dla rozwijającej się nowej rośliny.

Udział poszczególnych części ziaren różnych zbóż, wyrażony w %

Zboże	Okrywa	Bielmo	Zarodek
Pszenica	5,6 - 6,8	83,5 - 92,0
Żyto	11,1 - 14,4	81,7 - 88,0	3,4 - 5,7
Owies	3,0 - 4,5	61,5 - 65,0	3,0 - 3,5
Ryż	1,2 - 1,5	70,0 - 75,0	4,0 - 6,0

Czynniki wpływające na jakość zbóż:

• odmiana zboża

• warunki uprawy i nawożenia

• klimat warunki zbioru

• warunki magazynowania

Wartość technologiczna odmian pszenicy (ujęta w 4 grupy)

E - elitarna

A - jakościowa

B - chlebowa

C - pozostała, w tym paszowa

Odmiany z grup A, E, B są przydatne na cele młynarsko-piekarskie.

Charakterystyka grup jakościowych pszenic

E - pszenica elitarna - charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na porastanie, bardzo dobrą wartością przemiałową i wypiekową - poprawiacz wypiekowy

A - pszenica jakościowa - charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na porastanie, dobrą wartością przemiałową i bardzo dobrą wartością wypiekową

B - pszenica chlebowa - charakteryzuje się dobrą odpornością na porastanie, dobrą wartością przemiałową i dość dobrą wartością wypiekową

C - pozostała pszenica (również paszowa) - do tej grupy zaliczane są odmiany, które nie spełniają wymagań grup jakościowych

Wartości fizykochemie ziarna

• ocena organoleptyczna ziarna

• barwa wyrównana i naturalna dla danego gatunku

• połysk ziarna wskazuje na stan zdrowotny i warunki zbioru ziarna

• kształt ziarna powinien być wyrównany, zależy od gatunku zboża (cecha istotna przy doborze maszyn czyszczących)

• smak charakterystyczny dla danego gatunku zboża bez obcych posmaków

• zapach typowy, bez zapachów obcych

• ocena ziarna za pomocą dotyku (pozwala ocenić w przybliżeniu wilgotność masy zbożowej oraz zmiany temperatury ziarna w wyniku samozagrzewania masy)

• ilość i jakość zanieczyszczeń (w tym również stopień porażenia ziarna przez szkodniki)

Skład chemiczny ziarna pszenicy

Ziarno pszenicy zbudowane jest z sacharydów (głównie skrobi) oraz znacznie mniejszej ilości pentozanów, cukrów prostych, kilku cukrowców, błonnika, białek (część z nich to enzymy amylolityczne, lipolityczne i inne), lipidów, składników mineralnych oraz wody.

Średni skład chemiczny ziarna pszenicy i żyta

Składniki	Pszenica	Żyto
Woda, %	14,5	14,5
Ciałko, %	12,0	9,0
Cukrowce, %	68,0	71,0
Błonnik, %	1,9	1,9
Tłuszcze, %	2,0	1,7
Popiół, %	1,8	1,9
Wapń, mg/100g	51,0	38,0
Fosfor, mg/100g	360,0	370,0
Żelazo, mg/100g	3,8	3,7
Wit B1, mg/100g	0,55	0,44
Wit B2, mg/100g	0,20	0,18
Wit PP, mg/100g	4,60	0,50

Średni skład chemiczny ziarna, w [%]

	Pszenica	Żyto
Woda	14	14,5
Węglowodany (przyswajalne)	68	71
Substancje białkowe	12	9
Tłuszcz	2	1,7
Błonnik	2	1,9
Sole mineralne	2	1,9

Białka glutenowe - gliadyna, gluteina, tworzące gluten

Białka złożone - związki, które oprócz części proteinowej zawierają składniki niebiałkowe, tj. glikoproteidy, kwasy nukleinowe, lipidy

W ziarnie pszenicy nie odgrywają ważnej roli technologicznej.

Stosunek ilościowy gliadyny do gluteiny w pszenicy wynosi 1:1.

Zdolności chłonięcia wody przez gluten zależy od ilości i jakości glutenu. Wymyty z mąki gluten zawiera (w przeliczeniu na suchą substancję) 180-230% wody. Oznacza to, że 1g białka glutenowego w mące chłonie 1,8-2,3g wody.

Witaminy

Są źródłem głównie w zarodkach ziarna. Najwięcej witamin zawiera mąka razowa.

Pszenica i żyto zawierają stosunkowo dużo witaminy PP, mniej witaminy z grupy B i witaminy E. Witamina C tworzy się w zarodkach ziarna podczas kiełkowania. Witaminy A i D występują w śladowych ilościach. Podczas fermentacji ciasta witaminy są ważnym składnikiem wzrostowym dla drożdży i bakterii.

Substancje mineralne w ziarnie pszenicy

Ziarno pszenicy zawiera 2,2% substancji mineralnych, w tym:

P2O5 - 0,79%, K2O - 0,52%, MgO - 0,20%, CaO - 0,05%, Na2O - 0,03%

oraz śladowe ilości metali: Zn, N, Fe, B, Cu, Al, Br, I, Co.

Zasady przechowywania ziarna zbóż

• obniżenie wilgotności ziarna z 16-20% zawartości wody do poniżej 14-15%

• obniżenie temperatury ziarna, osłabiające procesy życiowe ziarna i drobnoustrojów

• przechowywanie w warunkach beztlenowych

• zastosowanie konserwantów (kwas propionowy, pirosiarczyn sodu, tiomocznik)

Niewłaściwe przechowywanie ziarna w magazynie wpływa na rozwój drobnoustrojów i szkodników, co w konsekwencji wpływa na pogorszenie smaku i zapachu, zmiany w strukturze i składzie chemicznym.

Zmiany zachodzące w ziarnie zbóż w czasie przechowywania

Proces oddychania

C6H12O6 + 6O2 → 2CO2 + 6H2O + 2712kJ (678kcal)

Wywołuje:

• ubytek suchej masy

• wzrost temperatury

• wzrost wilgotności

• wzrost stężenia CO2

Wykorzystanie ziarna pszenicy

• jako produkt spożywczy - 50%

• na paszę - 40%

• na materiał siewny - 8%

• straty - 2%

Kierunki użytkowania ziarna pszenicy

• przerób na mąkę

• do produkcji kasz, płatków śniadaniowych

• w produkcji skrobi

• w produkcji słodu browarniczego

• do otrzymywania suchego glutenu (potem wykorzystywany w piekarstwie)

W czasie przerobu ziarna na mąkę czy kaszę otrzymuje się cenny produkt uboczny - otręby pszenne, źródło wielu wartościowych składników odżywczych oraz substancji balastowych.

Przydatność technologiczną zbóż ocenia się na podstawie tzw. wartości przemiałowej biorąc pod uwagę:

• zawartość bielma w ziarnie

• łatwość oddzielania okrywy od bielma

• wytrzymałość mechaniczną całego ziarna i jego części anatomicznych

• aktywność enzymów amylolitycznych i innych

• twardość i szklistość ziarna

Przetwory zbożowe

przetwory zbożowe to produkty obróbki ziarna różnych zbóż. Mogą też być frakcjami przerobu albo produktami ubocznymi otrzymywanymi podczas przemiału zbóż na mąkę, przerobu zbóż na kaszę lub płatki, a także jako odpady obłuskiwania zbóż i nasion.

Proces przemiału zboża w młynie

Działy młyna:

1. Punkt przyjęcia i magazyn surowca zboża odbywa się na rampie. Tu pobierane są próbki ziarna do analizy w celu dokonania jego klasyfikacji. Analiza zawiera głównie oznaczenie: zawartości H2O, zanieczyszczeń, wielkości ziaren i barwy.

2. Przygotowanie zboża do przemiału obejmuje:

• oczyszczanie wstępne (usuwanie zanieczyszczeń większych od ziarna za pomocą krat oraz lżejszych i mniejszych od ziarna za pomocą wialni)

• czyszczenie właściwe (usuwanie pozostałych zanieczyszczeń do okrywy ziarna za pomocą łuszczarek, szczotkarek, itp.)

• kondycjonowanie ziarna (nawilżenie i leżakowanie) - m.in. w celu inaktywacji enzymów

• sporządzenie mieszanek przemiałowych (dokonuje się głównie w oparciu o zawartość glutenu i liczbę opadania)

Celem tych zabiegów jest uzyskanie w czasie przemiału ziarna dokładnego oddzielenia łuski od bielma. Dobrze przygotowane ziarno pozwala podczas rozdrabniania bielma zachować w mące bardzo ważne składniki, a mianowicie białka i ziarenka skrobi o nienaruszonej strukturze.

Skrobia bardziej podatna na beta-amylazę. Białka natomiast ulegną denaturacji

Przemiał ziarna polega na:

1. oczyszczeniu ziarna, czyli oddzieleniu zarodka i łuski (okrywy),

2. rozdrobnieniu ziarna w śrutowanikach na śrutę

3. segregacji sitowej w oparciu o wielkość cząstek śruty na śruciny:

1. 400 - 1400 μm - kaszki

2. 200 - 400 μm - miały (mączne wymiałowe)

3. 0 - 200 μm - mąki

4. ponownym rozdrobnieniu mlewa (sortowaniu) i odsiewaniu aż do uzyskania czystej mąki (bez otrąb)

3. Mielenie polega na rozdrobnieniu ziarna za pomocą walców i oddzieleniu na sitach rozdrobnionych cząstek łuski od części bielma

W zależności od sposobu przemiału rozróżnia się:

• przemiał razowy - jednorazowe rozdrabnianie ziarna bez odsiewania otrąb tzw. mąka razowa, która pod względem składu chemicznego jest bardzo zbliżona do składu chemicznego ziarna

• przemiał gatunkowy na tzw. mąką gatunkową przez wielokrotne rozdrabnianie i odsiewanie rozdrobnionych cząstek łuski (otrąb) od rozdrobnionego bielma

Z ziarna pszenicy wydobywa się 50-97% mąki, przeciętnie 75%. Z ziarna żyta wydobywa się 60-97%, przeciętnie 65%.

Przemiał wysoki

Proces mielenie ziarna lub cząstek ziarna odbywa się w urządzeniach zwanych mlewknikami. Przemielone ziarno poddawane jest kilkunastokrotnemu rozdrabnianiu między obracającymi się walcami. Jednorazowe przejście mlewa przez zestaw walców i połączonych z nimi odsiewaczami - pasaż przemiałowy.

Mąka handlowa - otrzymywana przez zmieszanie mąki z różnych pasaży

Wyciąg mąki - ilość mąki jaką otrzymujemy ze 100kg ziarna

wyciąg 97% → 97kg mąki

wyciąg 50% → 50kg mąki

Schemat przemiału ziarna

Otręby -> międzyprodukty

- surowiec -> ziarno zbożowe

- zarodki

- wybór gotowy -> mąka

-- śruty grube

-- śruty drobne

-- kaszki grube

-- kaszki średnie

-- kaszki drobne

-- miały

Produkty pośrednie w procesie technologicznym

nazwa	wielkość cząstek [mikrometr]
mąka	80 - 160
miały mączne	160 - 210
miały wymiałowe	210 - 275
miały do czyszczenia	275 - 325
kaszki drobne	325 - 450
kaszki średnie	450 - 575
kaszki grube	575 - 800
kaszki otrębiaste	800 - 1400

Zmiany w kompleksie białkowym

Białka ziarna pszenicy mogą ulegać denaturacji

• podczas procesu suszenia i kondycjonowania ziarna

• uszkodzenia substancji białkowych podczas procesu przemiału

Skutkiem częściowej termicznej denaturacji białka jest obniżenie wydajności czystego glutenu z otrzymanej mąki i zmniejszenie wodochłonności mąki.

Intensywne rozdrobnienie mąki powoduje zmiany w proporcjach frakcji białkowych nisko i wysokocząsteczkowych

Zmiany zachodzące w układzie białkowym mąki pod wpływem jej rozdrobnienia oraz działania tlenu w tym procesie wpływają na cechy jakościowe mąki.

wykład 4

07.01.2009

ziarno 15% wody - wtedy mówimy, że zostało zebrane w pełnej dojrzałości

Zmiany właściwości mąki podczas przemiału

Stopień uszkodzenia skrobi podczas przemiału pszenicy zależy od:

• jakości ziarna pszenicy,

• parametrów przemiału.

Im bardziej twarde (szkliste) ziarno, tym uszkodzenie skrobi większe.

Nie stwierdzono zależności, że im drobniejsza jest mąka, tym większa zawartość uszkodzonych ziaren skrobi.

Mechaniczne uszkodzenie skrobi

Uszkodzenie skrobi w procesie przemiału ziarna czyni je bardziej podatnymi na działanie enzymów amylolitycznych szczególnie β-amylazy.

Kasze

Kaszami nazywa się całe lub rozdrobnione ziarna zbóż, z których zostały usunięte w mniejszym lub większym stopniu części zawierające składniki nieprzyswajalne.

W zależności od stopnia przerobu i wielkości ziaren, kasze można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

1. kasze otrzymane przez obłuszczenie i ewentualne polerowanie ziarna, zachowujące w przybliżeniu charakterystyczny kształt ziarna, z którego zostały otrzymane

2. kasze o większym stopniu rozdrobnienia, uzyskane za pomocą pocięcia lub połamania ziarna obłuskanego

3. kasze uzyskiwane w wyniku dodatkowego obtoczenia i wypolerowania ziarna, uprzednio pociętych lub połamanych.

Otręby

Otręby są produktem ubocznym, otrzymanym podczas przerobu ziarna zbóż na mąkę i kaszę.

W ich skład wchodzą rozdrobnione cząstki okrywy owocowo-nasiennej, pozbawione lub zawierające niewielkie ilości cząstek bielma i zarodka.

Mąka

Wydajność mąki - ilość kg mąki uzyskanych z przemiału 100kg ziarna nazwana jest wyciągiem lub przemiałem.

Mąka o wyciągu 97% jest mąką razową.

Wydobycie mąki z ziarna:

• z pszenicy 50-97%, zwykle 75%

• z żyta 60-97%, zwykle 65%

Wpływ jakości ziarna na jakość mąki

Na wartość wypiekową mąki piekarskiej wpływają głównie takie parametry jak:

• jakość ziarna - gdyż wpływają na nią różnorodne czynniki takie jak: odmiana zbóż, warunki uprawy (szczególnie nasłonecznienie i wilgotność) i nawożenia, warunki zbioru oraz magazynowanie

• warunki prowadzenia przemiału

Z technologicznego punktu widzenia najistotniejszym czynnikiem mającym bezpośredni wpływ na wartość wypiekową mąki jest skład chemiczny ziarna, który zależy od:

• odmiana zboża (gatunki zboża)

• warunki klimatyczne jego uprawy (wyższa temperatura -> większa zawartość białek)

• warunków zbioru zbóż (niekorzystny porost ziarna)

• warunków składowania ziarna

Zmiany podczas przechowywania mąki

(- zawartość wody w powietrzu - poniżej 15%)

W normalnych warunkach przechowywania zachodzą w mące zmiany, zwane dojrzewaniem mąki, mające korzystny wpływ na jej jakość, przy nieznacznym tylko pogorszeniu jej cech.

Dlatego bezpośrednio po przemiale zbóż mąka powinna być poddana leżakowaniu.

Dojrzewanie mąki to proces złożonych przemian fizycznych i biochemicznych w jej składnikach:

• zwiększenie się zawartości oraz zwięzłości gluteny i zmniejszenie jego rozciągliwości

• zmniejszenie podatności gluteny na działanie enzymów

Zmiany na skutek:

• działania utleniającego powietrza

• oddziaływania kwasów tłuszczowych powstałych z rozkładu tłuszczów

Proces dojrzewania mąki pszennej trwa 5-6 tygodni. Najbardziej intensywne zmiany po 10-12 dniach po przemiale.

Proces dojrzewania w mące żytniej przebiega szybciej i trwa krócej. Zmniejsza się również aktywność enzymów amylolitycznych i zwiększa się odporność skrobi na ich działanie. Proces dojrzewania mąki żytniej trwa około dwóch tygodni. Najbardziej intensywne zmiany zachodzą w ciągu pierwszego tygodnia po przemiale.

Sposoby przyspieszania dojrzewania mąki:

• transport pneumatyczny - jeszcze lepsze efekty uzyskuje się z jednoczesnych podgrzaniem mąki (T=30°C pozwala w ciągu 30-40s osiągnąć efekt jak po 25 dniach leżakowania)

• podgrzanie promieniami podczerwonymi

• dodatek chemicznych środków do mąki (tlenek azotu, dwutlenek chloru, trójchlorek azotu) lub do ciasta np. lipooksygenazy.

Na psucie mąki mają wpływ:

• wilgotność mąki

• temperatura

• zawartość mikroorganizmów (samozagrzewanie, zbrylanie, pleśnienie, wzrost kwasowości, stęchły zapach)

Charakterystyka mąki

Mąka jest produktem powstałym w wyniku rozdrobnienia oczyszczonego ziarna zbożowego (do 200 μm)

W zależności od rodzaju ziarna i przeznaczenia mąki rozróżnia się:

• mąkę chlebową - z żyta, pszenicy, pszenżyta

• mąkę niechlebową - z jęczmienia, owsa, kukurydzy, roślin strączkowych.

Stopień rozdrobnienia mąki

Stopień rozdrobnienia mąki współdecyduje o niektórych właściwościach określających jej wartość wypiekową:

• wodochłonność

• aktywność fermentacji ciasta

• objętość chleba, cechy sensoryczne chleba

Znaczenie ma:

• udział poszczególnych frakcji mąki

• udział we frakcjach uszkodzonych mechanicznie ziaren skrobi

Skład chemiczny poszczególnych frakcji:

• cząstki najdrobniejsze o wielkości 0-20μm zawierają najwięcej cząstek białkowych zmieszanych z drobnymi ziarenkami skrobi

• cząstki mąki wielkości 20-35μm przeważają ziarna skrobi z niewielkim udziałem słabo przylegających cząstek białka

• we frakcji powyżej 35μm występują cząstki składające się z ziaren skrobi posklejanych białkiem wypełniającym

Fizyczne właściwości mąki (ocena organoleptyczna):

• granulacja (rozdrobnienie): mąka ziarnista, mąka gładka

• barwa

• wilgotność

• smak i zapach

Barwa - biel mąki zależy od:

• wyciągu mąki

• barwy ziarna

• stopnia zanieczyszczenia użytego surowca

• wilgotności

• stopnia rozdrobnienia mąki

Istnieje zależność:

a ≤ b ≤ c ≤d

a- czystość mąki

b - barwa (biel) mąki

c - zawartość błonnika

d - zawartość substancji mineralnych

Kwasowość mąki

Spowodowana jest obecnością w mące kwaśnych fosforanów potasu, wapnia i magnezu oraz od występowania w małych ilością kwasów organicznych.

Kwasowość mąki ściśle związana jest z wyciągiem mąki oraz rodzajem ziarna, z którego pochodzi.

Składniki chemiczne mąki pszennej i żytniej, które decydują o jej wartości odżywczej i przydatności technologicznej to:

1. grupa związków organicznych:

• grupa podstawowa:

• węglowodany

• białka

• tłuszcze

• grupa uzupełniająca

• witaminy

• enzymy

• grupa związków nieorganicznych

• woda

• sole mineralne

Średni skład chemiczny mąki pszennej:

składnik	mąka (razowa) typ 2000	mąka typ 500
woda, %	14,5	14,4
białko, %	10,2	8,7
węglowodany ogółem, %	69,5	74,9
błonnik, %	2,0	0,3
tłuszcze, %	2,2	1,2
popiół, %	1,6	0,4
wapń, mg/100g	42	13
fosfor, mg/100g	360	98
żelazo, mg/100g	3,8	0,2
witamina B1, mg/100g	0,41	0,63
witamina B2, mg/100g	0,16	0,04
witamina PP, mg/100g	4,60	0,70
wartość energetyczna kcal/100g	325	355

Systematyka cukrów występujących w mące:

1. Jednocukry

1. fermentują bezpośrednio:

• Glukoza

• Fruktoza

2. nie fermentują

• Arabinoza

• Ksyloza

• Dwucukry

1. fermentują pośrednio

• Sacharoza

• Maltoza

• Wielocukry

1. w wodzie pęcznieje

• skrobia

• błonnik

• śluzy

Wielocukry

Błonnik - pęcznieje w wodzie. Do maki przedostaje się w postaci rozdrobnionych błon komórkowych ziarna oraz w postaci otrąb. Im ciemniejsza mąka (większy jej wyciąg) tym mąka zawiera więcej błonnika.

Śluzy - ilość śluzu zależy od rodzaju mąki. W mące pszennej jest ich około 0,5% stąd niewielkie ich znaczenie w tworzeniu ciasta pszennego. W mące żytniej śluzy występują w ilości 2,5-3,0% stanowią podstawowy czynnik nadający ciastu żytniemu odpowiednią lepkość i konsystencję - decydują o strukturze ciasta.

Rola cukrów występujących w mące

Cukry odgrywają ważną rolę w czasie otrzymywania pieczywa.

Obecne w mące cukry proste (glukoza i fruktoza) oraz dwucukry (sacharoza i maltoza) decydują o zapoczątkowaniu fermentacji przez drożdże.

Wielocukier skrobia w procesie wytwarzania pieczywa wykazuje cechy:

• zdolność do pochłaniania wody

• zdolność do kleikowania

• zdolność do scukrzania

Białka

Substancje białkowe w mące w zależności od jej rodzaju występują w ilości 7-12%.

Największe znaczenie mają białka nierozpuszczalne w wodzie, a rozpuszczalne w kwasach i zasadach. Należą do nich głównie gliadyna i glutenina, są to tzw. białka glutenowe,

W mące występują one w postaci niskouwodornionego kompleksu. W czasie tworzenia cista pszennego, w wyniku dodania wody do mąki następuje pełne uwodnienie kompleksu.

W piekarstwie największe znaczenie mają białka nierozpuszczalne w wodzie. Należą do nich gliadyna i gluteina, które w procesie tworzenia ciasta uwadniając się tworzą elastyczną, lepką i sprężystą substancje zwaną glutenem.

gliadyna + glutenina + woda → gluten

Białka występujące w mące

• albuminy (leukozyna) - rozpuszczalne w wodzie, obecne w zarodkach pszenicy

• globuliny (edestyna) - nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach soli

• prolaminy - nierozpuszczalne w wodzie, ani w roztworach soli lecz rozpuszczalne w 70% etanolu (gliadyna)

• gluteliny (glutenina) - rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach kwasów lub zasad i nierozpuszczalne w wodzie

Jakość glutenu możemy badać poprzez

• wyizolowanie glutenu

• właściwości fizyczne samego ciasta

W zależności od właściwości fizycznych (rozciągania, elastyczności i rozpływalności), gluten klasyfikuje się jako:

• mocny

• normalny

• słaby

Liczba glutenowa LG (wskaźnik jakościowo-ilościowy) określa jakości mąki w odniesieniu do takich cech mąki jak:

• zdolność ciasta do zatrzymania gazów

• odporność na obórkę mechaniczną

Nie można uzyskać gluteny z mąki żytniej przez wymywanie wodą. Jest to związane z obecnością w niej śluzów. Śluzy pęcznieję otaczają cząstki białka żytniego i utrudniają mu w ten sposób łączenie się w strukturę włóknistą.

wykład 5

14.01.2009

Mąka o LG ponad 60 odpowiada mące o mocnym glutenie. Pieczywo z takiej mąki jest mało pulchne, twarde, a jego miękisz spoisty, suchy i popękany. Mąka o mocnym glutenie zmieszana z mąką o słabym glutenie daje pieczywo dobrej jakości i dużej wydajności.

- dobra mąka do sporządzania mieszanek

Mąka o LG pomiędzy 40-60 odpowiada mące o normalnym glutenie. Ciasto z mąki o takiej wartości LG daje pieczywo dobrze wyrośnięte, pulchne o równomiernej porowatości miękiszu.

- dobra do pieczywa

Mąka o LG do 40 odpowiada mące o słabym glutenie. Pieczywo z takiej mąki daje się łatwo formować, lecz szybko traci kształt nadany podczas formowania. Pieczywo uzyskuje niezłą porowatość, lecz jest zbyt płaski, o mniejszej objętości.

Klasyfikacja jasnej mąki pszennej w zależności od liczby glutenowej

Klasy jakości mąki	Liczba glutenowa LG=a(2-0,065*R)
I	55 - 60
		50 - 55
		45 - 50
	II	40 - 45
		35 - 40

gdzie

g - ilość mokrego glutenu, w %

R - rozpoznawalność mokrego glutenu, w mm

0,065 - stały współczynnik przeliczeniowy

Tłuszcze

Występują w ilości do 1,5%, przy czym ilość tłuszczu wzrasta ze wzrostem wyciągu.

Podczas długotrwałego przechowywania ulegają one hydrolizie, powstałe wolne kwasy tłuszczowe podlegają utlenieniu dając w wyniku tego procesu substancje o nieprzyjemnym smaku i zapachu.

Uwolnione w wyniku hydrolizy kwasy tłuszczowe (linolowy, linolenowy) mogą korzystnie wpływać na właściwości glutenu dzieje się to w czasie tzw. dojrzewania mąki.

Enzymy w mące

• amylazy - enzymy rozkładające skrobię

• proteazy - enzymy rozkładające białko

• lipazy - enzymy rozkładające tłuszcze

Amylazy

• α - amylaza dektrynująca

• β - amylaza scukrzająca

Działanie amylazy z punku widzenia piekarstwa

• produkowanie odpowiedniej ilości cukrów

• uzyskanie odpowiedniej ilości dekstryn

• regulacja ilości wody związanej przez ciasto podczas wypieku

Proteazy

Rozkładają łańcuchy peptydowe białek powodując rozluźnienie struktury glutenu, co może być niekorzystne.

W mące występują enzymy działające na węglowodany, tłuszcze i białka. Najważniejsze to enzymy rozkładające węglowodany i białka. Najwięcej enzymów gromadzi się w ziarnie kiełkującym,

Ważnym elementem ocenianym z punktu widzenia technologii piekarstwa są alfa i beta amylazy - enzymy rozkładające skrobię do dekstryn i maltozy.

Rola enzymów

• katalizatory procesów życiowych zachodzących w czasie przechowywania mąki lub ziarna,

• ich działalność przejawia się we wszystkich etapach procesu technologicznego w piekarstwie.

Witaminy

Najwięcej witamin zawiera mąka razowa.

Pszenica i żyto zawierają stosunkowo dużo witaminy PP, mniej witamin z grupy B i witaminy E. Witamina C tworzy się w zarodkach ziarna podczas kiełkowania. Witaminy A i D występują w śladowych ilościach. Podczas fermentacji ciasta witaminy są ważnym składnikiem wzrostowym dla drożdży i bakterii.

Cechy określające jakości mąki pszennej

Zdolność do wytwarzania gazów, tzn. zdolność do wytwarzania CO2 podczas fermentacji ciasta

Tak zwana siła mąki, tzn. zdolność do wytwarzania ciasta, które zatrzyma odp. ile powstaje gazu, decydującego ...

Skrobia

Dla potrzeb przemysłu skrobiowego pracują krochmalnie różniące się wyposażeniem w aparaturę, urządzenia oraz rozwiązaniami technologicznymi.

Współczesna technologia otrzymywania skrobi z ziemniaków

1. Ziemniaki ze składowiska za pomocą hydrotransportu są przenoszone, poprzez urządzenia odkamieniające i oddzielające inne zanieczyszczenia za pomocą łapaczy różnego typu.

2. Woda transportująco - myjąca zanieczyszczona piaskiem i substancjami organicznymi przekazywana jest do oczyszczania.

3. W celu optymalizacji procesu hydrotransportu oraz mycia surowców w płuczkach poziomych w nowoczesnych krochmalniach stosuje się zasadę przeciwprądu, co pozwala na zminimalizowanie zużycia wody przy dokładniejszym myciu.

Schemat 1. Technologiczne otrzymywanie skrobi ziemniaczanej

Zasobnik ziemniaków




Transport wodny






H₂O Mycie ziemniaków osadnik piaskowy





Rozdrabnianie SO₂





Oddzielanie soku ziemniaczanego Produkcja białka paszowego








H₂O Wymywanie skrobi wycierka





H₂O, SO₂ Rafinacja skrobi



Woda


do

uzdatniania


Odwadnianie skrobi




Suszenie skrobi




Odsiewanie skrobi





Pakowanie i magazynowanie

Proces oparty na operacjach mechanicznego przetwarzania (poza etapem suszenia)

W nowoczesnych technologiach na początku procesu technologicznego (po rozdrobnieniu) następuje oddzielenie soku ziemniaczanego. Zyskujemy cenny składnik (sok ziemniaczany zawierający białko o składzie Ak zbliżonym do białka mięsa) - cenny produkt, zmniejszenie obciążenia usuwaniem ścieków, unikanie intensywne ciemnienie. Produktem ubocznym jest białko z soku ziemniaczanego.

Wymywanie skrobi - proces ten przeprowadzany jest 2-krotnie. Jednorazowo stosując wypłukiwanie skrobi wydobędziemy tylko nieznaczną część - z rozerwanej części - czyli krochmal wolny. Produktem ubocznym jest wycierka (po wymyciu skrobi z miazgi) - stosowana jest jako dodatek do pasz

Rafinacja - jest prowadzona kilkakrotnie. Polega na maksymalnym oczyszczeniu skrobi. Dodajemy kolejną porcję SO2. Wymycie pozostałości soku komórkowego, który nie był oddzielony wcześniej. Usunięcie resztek włókienek pochodzących z miazgi, które przedostały się po wymywaniu skrobi, a dostały się do skrobi. Usunięcie innych składników niż skrobia, aby uzyskać produkt o jak najwyższej czystości. Odbywa się w różnego typu urządzeniach przy obecności wody.

Taka skrobia poddawana jest usuwaniu wody:

1 etap - odwadnianie wody do 30-40% zawartości wody

2 etap - suszenie skrobi - do zawartości końcowej 19-20% w skrobi ziemniaczanej (takie same jak warunki przechowalnicze)

Odsiewanie skrobi - usuwanie zbryleń powstałych podczas suszenia, co stanowi bardzo niewielką ilość. Gotowy produkt jest pakowany i magazynowany.

Produkty uboczne:

• białko paszowe (z soku ziemniaczanego)

• wycierka (podczas wymywania skrobi)

Schemat 2. Proces produkcji skrobi ziemniaczanej wg technologii współczesnej

Roztarty ziemniak zbierany jest w zbiorniku miazgi.

Odwadnianie (dekanter)

Odbiałczanie - w wyniku, czego uzyskuje się białko

4 stopnie wymycia skrobi z miazgi (rozdrobnionej struktury ziemniaka)

woda stosowana jest w obiegu (woda 4st - 3 st - 2 st - 1 st - do zagęszczania i rafinacji)

w wyniku tego procesu następuje max możliwe wymycie skrobi z miazgi - w tym etapie otrzymujemy wycierkę (błonnik i składniki pochodzące ze struktury komórkowej), skrobia przekazywana jest dalej do zagęszczenia i rafinacji

kilka (4) stopnie rafinacji - maksymalne usunięcie zanieczyszczeń skrobi (głównie cząstki miazgi, nieoddzielone w postaci wycierki, usunięcie pozostałej wody sokowej)

Mleczko skrobiowe (zawiesina skrobi w wodzie) podlega odwadnianiu, a skrobia suszeniu. Zbiornik wód zawrotu - woda jest zbierana i wykorzystywana we wcześniejszych etapach technologicznych.

Zagęszczanie i klarowanie roztworu - odzyskanie niewielkiej ilości skrobi znajdującej się z drobnymi włóknami

Chodzi o jak największą wydajność otrzymywania skrobi oraz maksymalne jej oczyszczenie.

Etap 1

Rozdrabnianie ziemniaków

Proces tarcia

Za pomocą wody jest wymywany tylko krochmal uwolniony przez rozerwanie komórek bulwy ziemniaczanej, czyli tzw. krochmal wolny K_W.

Krochmal związany K_Z - pozostający w nie rozciętych komórkach nie daje się wypłukać z miazgi.

Krochmal - wydobyty w trakcie produkcji

Skrobia - wydobyta w sposób laboratoryjny

Proces tarcia odbywa się 2-krotnie.

Miarą sprawności urządzeń rozdrabniających jest współczynnik rozdrabniania miazgi R




R - wyraża procentową zawartość krochmalu wolnego w miazdze ziemniaczanej, w stosunku do całego krochmalu

Po jednokrotnym roztarciu ziemniaków R osiąga 80-85%

Drugie tarcie miazgi uwalnia jeszcze 5-10% krochmalu

Dwukrotne roztarcie miazgi pozwala uwolnić około 9/10 krochmalu zawartego w ziemniakach.

Rozdrabnianie bulw ziemniaków

Do rozdrabniania ziemniaków służą:

• szybkoobrotowe tarki

• dezintegratory

Tarki do ziemniaków typu Holthus

Elementy rozdrabniające tarki:

• bęben na powierzchni walcowej wyposażony w piłki z ostrymi ząbkami

• płyta cierna

• kloc cierny dociskany śrubą prawie do styku z piłkami tnącymi

Odstęp kloca od piłek bębna nie przekracza 0,2mm. Osłona bębna z gęstego sita o szczelinach usytuowanych poprzecznie do ruchu miazgi o otworach

• 1,5x1,5mm dla tarek pierwszego stopnia

• 0,6x4 mm dla tarek drugiego stopnia

Ilość przetartych ziemniaków




gdzie:

b - szerokość bębna tarki [m]

d - średnica bębna [m]

n - liczba obrotów bębna na minutę

t - ilość przetartych ziemniaków, kg/m2 powierzchni trącej, przy jednym obrocie bębna

Na jedną tarkę pierwszego stopnia o przerobie 150ton ziemniaków na dobę, należy stosować dwie tarki wtórne.

Dezyntegrator

Młotki kształtu prostopadłościanów o ostrych krawędziach osadzone na pionowym wale wirującym z prędkością 3000obr/min

Sito cylindryczne oddalone od młotków o 1mm o otworach 1,5mm

Miazga przetłaczana jest przez sito siłą odśrodkową. Z przestrzeni między sitem a osłoną miazga samoczynni spada do wylotu.

Zdolność przerobu to 100ton ziemniaków na godzinę

Zawartość pozostałego krochmalu związanego do 35% suchej substancji wycierki.

Częściej stosowane są tarki.

Oddzielanie soku komórkowego

Oddzielany jest sok komórkowy, połączony z odbiałczaniem. Wydzielane jest około 3/4 soku komórkowego. Używane są do tego wirówki miazgowce o działaniu ciągłym.

Miazga podawana jest centralnie i jest wstępnie odwodniona. Dodaje się 20% wody, aby w pewny stopniu uwodnić miazgę. Centralnym przewodem jest doprowadzana i przez otwory części cylindrycznej odprowadzana jest. Na skutek obrotów bębna następuje rozdzielenie fazy stałej, którą ślimak (przytwierdzony do wewnętrznego bębna wirówki o trochę większych obrotach niż część zewnętrzna) zgarnia część stałą miazgi. Wypływa sok komórkowy, który zbierany jest oddzielnie.

Pozostałą część wydobywa się w pozostałych etapach procesu technologicznego.

Wykład 6

21.01.2009

Oddzielanie soku komórkowego od miazgi

Zastosowanie wirówek miazgowych pozwala na oddzielanie na początku procesu przerobu ziemniaków 2/3 ilości soku komórkowego zawartego w ziemniakach

Dalszy przerób miazgi i oczyszczanie mleczka krochmalowego odbywa się bez powstawania miążliwej piany. Uzyskany ubocznie z wirówki miazgowej prawie nierozcieńczony sok ziemniaczany zawierający cenne białko może być wykorzystany.

Wirówki miazgowe

Wirówka miazgowa firmy Titanskłada się z wirującego z szybkością 2500-3400 obr/min bębna.

Wstęga śrubowa (ślimacznica)o odstępie 0.8 mm od ściany bębna służy do wygarniania miazgi od ściany bębna zewnętrznego.

Miazga ziemniaczana rozcieńczona 10-20% wody jest doprowadzana przez okrążony wał od strony części stoikowej wirującego bębna. W miejscu styku części stoikowej bębna z częścią cylindryczną miazga wypływa z wału przez odpowiednie otwory. W bębnie wirującym miazga zostaje rozdzielona na warstwę stałą i ciekłą - sok komórkowy. Wstęga śrubowa (ślimak) o obrotach nieco szybszych od bębna przesuwa miazgę odwirowaną do otworów mieszczących się w powierzchni stożkowej bębna przy jego mniejszej średnicy .

Sok komórkowy odpływa z drugiego końca.

Odzysk białka z soku ziemniaczanego obejmuje:

-odpowietrzanie soku w odpieniaczach

-podgrzanie soku do temp. ok 45C w wymienniku ciepła przez parę wodną

-obniżenie pH do4,8-5,2 przez dodanie kwasu solnego

-proces koagulacji termicznej przez wstrzyknięcie pary wodnej wywołującej szok termiczny w temp 105-110C

-schładzanie skoagulowanego białka do temp. 85C

-odwadnianie na dekanterze do 45-50% s.s.

-suszenie do wilgotności 10%

Stosując koagulacje termiczno kwasową soku ziemniaczanego można odzyskać wysokowartościowe peptydy w ilości 1% w stosunku do przerobionych ziemniaków.

Odzysk białka z soku ziemniaczanego umożliwia

-uzyskanie wartościowego produktu

-zmniejszenie biologicznego obciążenia ścieków

Dzięki odbiałczaniu:

-ładunek zanieczyszczeń mierzony w ChZT5 i BZT5 wynosi 40% wartości przed tym procesem

-redukcja związków azotowych o 50%

-redukcja zawiesiny ogólnej o 60%

W celu zmniejszenia zużycia energii i dodatków chemicznych sok może być zagęszczany za pomocą technologii odwróconej osmozy do ok. 90 g/l prze koagulacją.

Wymywanie skrobi z miazgi ziemniaczanej

W celu oddzielenia ziarenek skrobi od nierozpuszczalnych nie skrobiowych substancji miazgi stosuje się wymywanie skrobi zimna wodą w urządzeniach różnej konstrukcji.

Krochmal uwolniony z komórek w procesie tarcia utrudnia dalsze rozrywanie komórek tkanki, dlatego wypłukiwanie skrobi z miazgi należy przeprowadzać, co najmniej 2-stopniowo tzn. po każdym stopniu tarcia. Do wypłukania resztek krochmalu wolnego z miazgi konieczne są jeszcze dalsze stopnie wymywania.

Wymywanie skrobi z miazgi ziemniaczanej

Oddzielenie ziarenek skrobi (w postaci mleczka skrobiowego) od części nieskrobiowych

-wymywacze łukowe miazgi

-wymywacze wirowe miazgi

Działanie

-sił odśrodkowych

-natrysku wody

Wymywacz strumieniowy STARCOSA składa się z wirującego stożka we wnętrzu, którego zainstalowana jest wirująca natryśnica w dysze.

Rozwodniona miazga jest doprowadzana przez otwory w mniejszej podstawie wirującego stożka sitowego i siłą odśrodkową przesuwa się po sicie w kierunku większej podstawy stożka. Strumienie wody z dysz są skierowane naprzeciw przesuwającej się miazgi. Dysze(nastawne) są osadzone na natryśnicy w lini spiralnej.

Przy 700 obrotach na min. natryśnicy i 500 obrotach/min stożka sitowego powstaje ze strumienia wody jak gdyby ślimacznica wodna, która wkręca się do stożka sitowego naprzeciw przesuwającej się miazgi. Natryski wodne powinny pokrywać cały obwód sita.

Ciśnienie wody podawanej do natryśnicy wynosi ok. 0.2MPa.Do wymycia krochmalu z miazgi wystarczą dwa stopnie wymywaczy tj. po tarce 1 wymywacz pierwszego stopnia i po tarce wtórnej wymywacz drugiego stopnia.

Mleczko krochmalowe odbierane z dwóch stopni wymywaczy łączy się razem. Stężenie mleczka wynosi (4,3% skrobi)

Zestaw dwóch wymywaczy strumieniowych przerabia na dobę miazgę z ok 215 ziemniaków.

Wymywacze łączone są w 3-4 stopniowe bloki z wykorzystaniem zasady przeciwprądu.

Oddzielanie wody sokowej od krochmalu

W celu maksymalnego oddzielenia krochmalu od roztworu zawierającego zanieczyszczenia zastosowano:

-mechaniczne rozdzielenie mleczka na wodę sokową i warstwę krochmalu

-usuwanie reszty wody sokowej z krochmalu przez przemywanie ziarenek skrobi czystą wodą

-grawitacja sedymentacyjna krochmalu

-oddzielanie wody sokowej pod wpływem siły odśrodkowej(proces odbywa się w krótkim czasie)

Urządzenia do oddzielania wody sokowej:

-wirówka oddzielcza systemu Johna

Przez zastosowanie wirówek uzyskuje się bardzo dokładne rozdzielenie wody sokowej od ziarenek skrobi w bardzo krótkim czasie

Rafinacja mleczka krochmalowego

-sita rafinujące

-urządzenia stacjonarne (pralnie)

-urządzenia wolno przepływowe

-urządzenia wirowe (wirówki)

-hydrocyklony

Sito strumieniowe rafinujące starcosa

Obracający się stożek sitowy jest pokryty siatką nylonową o oczkach 0,105 mm.

Wał wirnika stanowią dwie rury współśrodkowe

Prze rurę zewnętrzną wału jest doprowadzone do przedniej części natryśnicy mleczko z włókienkami również pod ciśnieniem 0,4 MPa

Stężenie mleczka podawanego na sita wynosi (8,7-12,1 % skrobi).

Natryśnica wirująca wewnątrz stożka z większą od niego prędkością ma natryski rozmieszczone po linii spiralnej.

Mleczko przechodzące przez siatkę zbiera się w osłonie i odpływa.

Włókienka przesuwają się wzdłuż sita w stronę rosnącej jego średnicy. Pod koniec swojej drogi są przemywane czystą wodą z drugiej części natryśnicy

Jedno sito strumieniowe rafinujące odbiera 25cm sześciennych mleczka krochmalowego o stęż. 9% skrobi na godz. co odpowiada przerobowi ok 320 ton ziemniaków/dobę

Urządzenia wirowe do rafinacji

Do pełnej rafinacji krochmalu wirowanie trzeba powtórzyć.

Układy hydrocyklonów

Hydrocyklony są one nowoczesnymi urządzeniami do rafinacji mleczka krochmalowego. Ich działanie polega na wirowaniu ciała stałego w cieczy w cylindrycznej lub stożkowej przestrzeni. Wirowanie masy powstaje w wyniku wtłaczania zawiesiny pod ciśnieniem stycznie do obwodu cylindrycznej części hydrocyklonu.

Układy hydrocyklonów

w celu zapewnienia odpowiedniej rafinacji mleczka kr. i ograniczenia zużycia wody w stacji hydrocyklonów stosuje się zasadę przeciwprądu.

Czystą wodę daje się tylko do mleczka kierowanego do ostatniego stopnia hydrocyklonów. Hydrocyklony łączy się w odpowiednie układy.

Układy hydrocyklonów stosowane w przemyśle krochmalniczym.

-układ klarujący, pozwalający uzyskać wyższy stopień sklarowania wody, czyli zmniejszenie ilości krochmalu dzącego w wodzie sokowej z końcowego przerobu

-układ koncentrujący, pozwalający na uzyskanie wyższej koncentracji zawiesiny w ostatnim wylewie ( przy mleczku kr. jest to jednocześnie układ rafinujący).

UKŁAD KLARUJĄCY HYDROCYKLONÓW

Układ klarujący hydrocyklonów pozwalający uzyskać wyższy stopień sklarowania wody

1-pierwszy stopień hydrocyklonów

2-stopień hydrocyklonów

Wodę z przelewu 1 stopnia hydrocyklonów kieruje się jako nadawcę do 2 stopnia hydrocyklonów. Krochmal oddzielony w stopniu 2, odprowadzony w wylewie w postaci rzadkiego mleczka zawraca się pompą do nadawcy na 1 stopień hydrocyklonów.

Z układu hydrocyklonów klarujących odbiera się wodę sokową lepiej uwalnianą od krochmalu i koncentratu tj. mleczko o niezbyt dużym stężeniu zawracane do głównej masy mleczka kierowanego do układu koncentrującego dla rafinacji .

Z hydrocyklonów można otrzymać rafinowane mleczko o wysokim stężeniu 38,2% skrobi

UKŁAD HYDROCYKLONÓW KONCENTRUJĄCYCH

Układ hydrocyklonów koncentrujących (rafinujących)pozwalający uzyskać wyższy stopień zagęszczenia zawiesiny

-pierwszy stopień hydrocyklonów

-drugi

p-pompy

1-zawiesina

2-ciecz sklarowana

3-zagęszczana zawiesina

4-zawracana ciecz częściowo sklarowana

5-koncentrat zawiesiny

Koncentrat z dysz wylewowych 1 stopnia hydrocyklonów podaje się pompą jako nadawcę do 2 stopnia hydr., uzyskując koncentrat o wyższym stopniu zagęszczenia i rafinacji.

Wodę wychodzącą przelewem ze stopnia 2, zawierającą dużo krochmalu zawraca się za pośrednictwem pompy do nadawcy hydrocyklonów 1 stopnia

Przy przerobie 1000 ton ziemniaków na dobę o skrobiowości 18% otrzymuje się 200 ton skrobi ziemniaczanej o wilgotności 20%.

Zużycie wody czystej 3-4 tony na 1 tonę ziemniaków.

Nowoczesne zakłady zużywają 1 tonę świeżej wody na 1 tonę ziemniaków.

15

---